生物体内的一氧化氮(NO)作为一种反应极强的效应分子,不仅参与杀灭病源微生物和攻击肿瘤细胞,而且越来越多的证据表明,NO能够影响造血细胞的生长分化和凋亡,参与造血凋控。现就此加以综述。

1NO概述

NO是L-精氨酸上胍基的氮经氧化产生的,它属于一种自由基,分子中一未配对电子容易被氧化成硝酸盐或亚硝酸盐,与超氧阴离子、血红蛋白及其它含血红素的蛋白质结合后而失去生物活性。NO产生需要一氧化氮合酶NOS的催化,NOS有两种异构体:组成型NOS(cNOS或NOS1)和诱导型NOS(iNOS或NOS2)。cNOS主要存在于内皮细胞和神经细胞内,需要钙离子和钙调蛋白参与反应,产生的NO较少,其释放形式为脉冲式,多认为可发挥传递介质和调节介质的作用。cNOS的激活剂为神经递质(如乙酰胆碱)及血小板释放物质(如纤维蛋白酶、ADP及5-羟色胺等)。iNOS主要存在于巨噬细胞、中性粒细胞及内皮细胞中,可被内毒素或某些细胞因子,如TNF、IFN-γ和IL-1β等刺激活化。目前认为iNOS的功能以细胞毒作用为主,催化产生的NO较多,持续时间长,可引起细胞和组织的损伤。由于NOS的诱导是蛋白合成过程,所以NO在可以检测之前大约有8小时间隔,一旦合成开始,该过程一直持续到原料耗竭或细胞死亡。NOS的抑制物多为L-精氨酸的类似物,如N^G-甲基-L-精氨酸(L-NMMA)、N^G-硝基-L-精氨酸甲酯(L-NAME)和N-亚胺乙基-L-鸟氨酸(L-NIO)等,NOS对它们的敏感性不同,其中L-NMMA对iNOS抑制作用较强,而L-NAME对cNOS抑制作用较强^［1］。

2NO与细胞因子

众所周知,NO具有双重效应,既可杀伤细胞内微生物及肿瘤细胞,又可引发组织细胞损伤,所以体内应该有一套精细的自稳机制,而细胞因子是这套自稳机制中的重要组成部分。IL-4、IL-10、TGF-β等抑制NO的合成,而IL-1、IFN-γ、TNF-α则促进NO的产生。Kamijo等^［2］发现干扰素调节因子-1(IRF-1)基因剔除小鼠的巨噬细胞在受到这些细胞因子刺激时几乎不产生NO,其iNOS表达水平极低,进一步研究发现iNOS的启动子上游存在IRF-1的反应单位,据此他认为IRF-1可能参与了细胞因子对NO的调节。Michael等^［3］也证实人的iNOS基因启动子的5′端也存在着细胞因子的调节区。人们通常认为骨髓造血细胞表达iNOS是细胞分化成熟的标志,但最近发现细胞因子诱导的iNOS的表达也是造血细胞发育的重要条件。正常骨髓细胞即可表达TNF-α,只有异常的骨髓细胞才表达IFN-γ,这两种不同的细胞因子所诱导的iNOS在正常骨髓造血和疾病发生中可能具有不同的作用。在细胞因子与NO的相互关系中,人们不仅注意到细胞因子可以促进骨髓细胞iNOS的表达,同时也发现iNOS抑制剂可以逆转TNF-α和(或)IFN-γ的骨髓抑制作用,并在一定程度上阻断细胞因子引起的凋亡诱导作用^［4］。可以认为细胞因子与NO可以相互调节,相互制约,共同参与血液系统疾病的发生。

3NO与造血调控

NO是具有多种功能的生物活性分子,它不仅参与免疫调控,而且也是造血祖细胞生长分化不可缺少的调节因子。公认的NO的作用机制是通过与含有Fe-S中心的蛋白质中的Fe结合形成Fe-NO发挥细胞毒性作用,而NO与超氧阴离子相互作用形成ONOO-,继而分解形成NO₂和羟自由基(OH·),它几乎可以和所有的分子结合,提示NO具有多重作用。

3.1NO参与正常造血细胞的发育:NO通过调节红系和粒系集落形成的比例,从而影响造血干/祖细胞的生长分化。低浓度NO能够选择性地抑制造血干/祖细胞向红系分化,促进其向髓系分化^［5］。同时还证实这种作用与环磷酸鸟嘌呤(cGMP)无关,因为cGMP的类似物8-Br-cGMP并不影响NO的作用。Vilpo等^［6］发现NO能够抑制正常的造血干细胞的生长,且对CFU-GM集落的抑制作用强于BFU-E,同时NO也能抑制T淋巴细胞白血病细胞的生长,从而提示NO释放剂可作为潜在的抗肿瘤药物。

3.2NO影响铁代谢及血红蛋白的合成:NO通过提高细胞内的铁调节蛋白(IRP)和铁反应元件(IREs)的亲和力以调节与铁代谢密切相关的转铁蛋白受体、铁蛋白及γ-球蛋白基因的表达^［7,8］。Rafferty等^［9］证实NO对血红蛋白合成的调节则主要通过抑制eALAS的活性,减少血红素的合成来实现。NO与铁代谢的相关研究有助于阐明慢性疾病及自身免疫性疾病导致贫血的机制,也为这类贫血的治疗提供了新的思路。

3.3NO能够影响某些基因的表达:Magrinat等^［10］证实NO可提高HL-60细胞中TNF-α和IL-1β基因表达,降低c-myc和c-myb基因的表达。Forrester等^［11］发现NO能够促进p53基因的积聚,而野生型p53基因的表达则下调iNOS的表达,并认为体内存在这样一个很重要的负反馈环,内源性的诱变剂NO引起DNA损伤通过p53基因加以修复,反过来,p53基因也可通过下调iNOS减少DNA的损伤,这对维持机体及造血干细胞的稳定,减少癌变起着非常重要的作用。

4NO与造血细胞调亡

NO能够引起DNA的断裂和基因的突变,参与靶细胞的损伤和凋亡,这种作用可以被NOS抑制剂硝基精氨酸所逆转。NO引起的造血细胞损伤与凋亡表现在以下方面:①NO直接引起DNA断裂,导致造血干细胞损伤;在体外实验中,NO能够抑制CD₃₄⁺细胞集落的形成,并且具有剂量依赖性,原因是NO介导了CD₃₄⁺细胞的凋亡^［4］。②NO参与射线引起的造血细胞损伤。Ibuki等^［12］发现γ射线可以促进C57BL/6小鼠iNOS的表达,他认为这可能与由射线引起的DNA的损伤有关,进一步研究发现能够引起DNA断裂的放线菌素D也能促进iNOS的表达,而仅阻断DNA复制的羟基脲却没有这样的作用。③NO参与药物引起的造血细胞损伤。苯及其衍生物对骨髓有一定的抑制作用,它与再生障碍性贫血(再障)的发病密切相关。Laskin等^［13］发现苯不仅能促进骨髓细胞产生NO,直接损伤造血细胞,而且能够提高骨髓细胞对炎性介质的敏感性,造成继发损伤。④NO介导细胞因子参与造血细胞凋亡。Geng等^［14］在血管内皮细胞与K562细胞共培养体系中,发现IFN和TNF可以诱导血管内皮细胞产生NO促进K562细胞的凋亡。再障患者外周血和骨髓CD₃₄⁺细胞凋亡数明显高于正常人,且对凋亡诱导因素的敏感性增加^［15］。有人认为再障患者中高表达IFN-γ和TNF-β等造血抑制因子^［16］,可能通过促进CD₃₄⁺细胞中iNOS的表达加速了这一凋亡进程。NOS抑制剂L-NMMA不仅能够逆转这种作用,而且能够抑制IFN-γ和TNF-α诱导的细胞凋亡^［4］。⑤NO通过调节凋亡诱导基因引起造血细胞凋亡。NO能够引起p53基因突变,使DNA修复能力下降,促使造血干细胞过早凋亡^［11］。Yabuki等^［17］则证实NO对HL-60细胞的凋亡诱导作用与bcl-2的下调、ICE家族的CPP32的激活以及酪氨酸磷酸化有关。可以认为NO参与了造血细胞的损伤和凋亡,与临床某些血液疾病的发生与转归有关。

5NO与细胞分化

NO参与了造血干细胞的凋亡,那么它是否也能影响造血细胞的分化呢?早在1992年,Magrinat等^［10］就已经证实NO能够抑制HL-60细胞的生长,促进其向单核细胞分化,表现为非特异性酯酶阳性率及CD₃₄抗原表达的增高。Shami等^［18］发现NO也能抑制原代白血病细胞的生长,诱导其向单核细胞分化。NO诱导白血病细胞分化的确切机制尚不清楚,以前的研究认为HL-60细胞的分化与细胞内cGMP的水平有关。最近越来越多的资料表明，NO不仅直接诱导白血病细胞分化,而且参与了某些诱导分化剂对白血病细胞的诱导分化作用。Jun等^［19］证实NO与蛋白激酶C激活剂TPA对HL-60细胞的作用有关。最近有人发现氟化钠(NaF)能够抑制HL-60细胞的生长,诱导其分化成熟。进一步研究发现NaF能够诱导iNOS的表达,促进NO的产生^［20］。Dugas等^［21］证实维甲酸(RA)和(或)维生素D₃在诱导U937及THP-1细胞分化的同时,iNOS表达增加,用iNOS的抑制剂能够阻断RA对U937细胞的诱导分化作用。这说明NO参与了RA对白血病细胞的诱导分化。人们已经发现RA的诱导分化作用与细胞因子的作用息息相关,而NO作用又受细胞因子作用的调节。Orecevic等^［22］发现NOS抑制剂能够缓解荷瘤小鼠因IL-2引起的毛细血管渗漏综合征,而不影响IL-2的抗肿瘤作用。类似于毛细血管渗漏综合征的维甲酸综合征的发生在很大程度上与那些能够诱导iNOS合成的细胞因子的释放有关。许多体外实验证实IFN与RA在抗肿瘤方面具有很强的协同作用,并且在一定程度上逆转RA耐药的发生^［23］。IFN能够促进iNOS的合成,应用NO供体在一定程度上可能逆转RA的耐药现象。综上所述,NO不仅直接参与了白血病细胞的分化,而且可能介导了RA对急性早幼粒细胞白血病细胞的诱导分化作用,并与维甲酸综合征及RA耐药的产生有关。

6结论

NO作为一种很重要的信息分子直接或间接参与造血调控,影响造血细胞的生长分化与凋亡。通过NO与造血细胞分化与凋亡关系的研究,可以使我们对造血系统的调控有了一个全新的认识,它促使我们从另一个角度去阐明某些疾病的发病机制,最终为治疗这类疾病提供新的思路。

参 考 文 献

1Kerwin JR,Lancaster JR,Feldman PL.Nitric oxide:a new paradigm for second messengers.J Med Chem,1995,38:4343-4361.

2Kamijo R,Harada H,Matsuyama T,et al.Requirement for transcription factor IRF-1 in NO s